JP5601939B2 - Piezoelectric actuator drive circuit and piezoelectric actuator device including the same - Google Patents

Piezoelectric actuator drive circuit and piezoelectric actuator device including the same Download PDF

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Description

本発明は、圧電アクチュエータ駆動回路に関し、特に、複数の分極部を備え、複数の分極部のうちの少なくとも1つに駆動電圧が印加される圧電アクチュエータを駆動する圧電アクチュエータ駆動回路、及びそれを備えた圧電アクチュエータ装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator drive circuit, and in particular, a piezoelectric actuator drive circuit that drives a piezoelectric actuator that includes a plurality of polarization units and that applies a drive voltage to at least one of the plurality of polarization units. The present invention relates to a piezoelectric actuator device.

定在波型超音波モータ(ピエゾモータ)等の圧電アクチュエータは、一般に、一体の圧電素子内に複数の分極部が形成されており、それらのうちの1つ又は複数の分極部に高圧電源からの電圧パルスが印加され、駆動される。複数の分極部のうちの1つに電圧パルスを印加するアクチュエータでは、アクチュエータを正転(正方向駆動)させる場合と、アクチュエータを反転(逆方向駆動)させる場合では、異なる分極部に電圧パルスが印加される。また、複数の分極部に電圧パルスが印加されるアクチュエータでは、各分極部に印加される電圧パルスの波形は互いに位相が異なっており、アクチュエータを正転(正方向駆動)させる場合と、アクチュエータを反転(逆方向駆動)させる場合で、各電圧パルス波形の位相関係が変更される。   In general, a piezoelectric actuator such as a standing wave type ultrasonic motor (piezomotor) has a plurality of polarization portions formed in an integral piezoelectric element, and one or more of the polarization portions are supplied from a high-voltage power source. A voltage pulse is applied and driven. In an actuator that applies a voltage pulse to one of a plurality of polarization parts, a voltage pulse is applied to different polarization parts when the actuator is rotated forward (forward drive) and when the actuator is reversed (reverse drive). Applied. In addition, in an actuator in which voltage pulses are applied to a plurality of polarization parts, the waveforms of the voltage pulses applied to the polarization parts are different from each other, and when the actuator is rotated forward (driven in the forward direction), In the case of inversion (reverse driving), the phase relationship of each voltage pulse waveform is changed.

特許4406952号公報(特許文献1)には、振動アクチュエータが記載されている。この振動アクチュエータにおいては、振動子に2つの交流信号が入力され、これらの交流信号のうちの少なくとも一方の電圧を変え、又は位相を変えることにより、振動子の楕円運動の軌跡における軸の傾斜を制御している。   Japanese Patent No. 44066952 (Patent Document 1) describes a vibration actuator. In this vibration actuator, two AC signals are input to the vibrator, and by changing the voltage or phase of at least one of these AC signals, the inclination of the axis in the locus of elliptical motion of the vibrator is changed. I have control.

特許4406952号公報Japanese Patent No. 44066952

しかしながら、特許4406952号公報に記載されている振動アクチュエータの駆動装置では、アクチュエータを効率良く駆動することが難しいという問題がある。また、この振動アクチュエータの駆動装置では、駆動速度に依存してハンチング等が発生しやすく、アクチュエータを円滑に制御することが難しいという問題がある。   However, the drive device for the vibration actuator described in Japanese Patent No. 44066952 has a problem that it is difficult to drive the actuator efficiently. In addition, this vibration actuator drive device has a problem that hunting or the like tends to occur depending on the drive speed, and it is difficult to control the actuator smoothly.

本発明は、圧電アクチュエータを効率良く駆動することができ、又は、圧電アクチュエータを円滑に駆動することができる圧電アクチュエータ駆動回路、及びそれを備えた圧電アクチュエータ装置を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator driving circuit that can efficiently drive a piezoelectric actuator or smoothly drive a piezoelectric actuator, and a piezoelectric actuator device including the piezoelectric actuator driving circuit.

上述した課題を解決するために、本発明は、複数の分極部を備え、複数の分極部のうちの少なくとも1つに駆動電圧が印加される圧電アクチュエータを駆動する圧電アクチュエータ駆動回路であって、電圧源と、分極部と電圧源との間に接続され、制御信号により導通状態と非導通状態に切り換えられるハイ側スイッチング素子と、分極部とアース電位との間に接続され、制御信号により導通状態と非導通状態に切り換えられるロー側スイッチング素子と、これらのハイ側スイッチング素子及びロー側スイッチング素子を制御して、ハイ側スイッチング素子のみを導通状態として分極部に電圧源が接続される電圧印加期間、ハイ側スイッチング素子及びロー側スイッチング素子を何れも非導通状態として、分極部が電圧源及びアース電位から切り離されるフロート期間、及びロー側スイッチング素子のみを導通状態として分極部をアース電位に接続する接地期間を周期的に切り換えることにより、電圧パルスを分極部に印加し、圧電アクチュエータを駆動するスイッチング素子制御回路と、を有し、スイッチング素子制御回路は、複数の分極部に、夫々位相の異なる電圧パルスを印加すると共に、含まれるフロート期間の長さが異なる電圧パルスを各分極部に印加することを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the present invention is a piezoelectric actuator drive circuit that includes a plurality of polarization units, and that drives a piezoelectric actuator in which a drive voltage is applied to at least one of the plurality of polarization units. Connected between the voltage source, the polarization unit, and the voltage source, and is connected between the high-side switching element that is switched between a conductive state and a non-conductive state by the control signal, and the polarization unit and the ground potential, and is conductive by the control signal. A low-side switching element that is switched between a state and a non-conduction state, and a voltage application that controls the high-side switching element and the low-side switching element so that only the high-side switching element is conductive and the voltage source is connected to the polarization unit The high-side switching element and the low-side switching element are both in a non-conductive state, and the polarization unit is A switching element that drives a piezoelectric actuator by applying a voltage pulse to the polarization part by periodically switching the float period that is separated and the ground period in which only the low-side switching element is in a conductive state and connecting the polarization part to the ground potential possess a control circuit, the switching element control circuit, a plurality of polarized portion, to apply a voltage pulse having different respective phases, the length of the float period include applying different voltages pulses to the polarized portion It is characterized by.

このように構成された本発明においては、電圧源がハイ側スイッチング素子を介して分極部に接続されている。一方、分極部はロー側スイッチング素子を介してアース電位に接続されている。スイッチング素子制御回路はハイ側スイッチング素子のみを導通状態として分極部に電圧源が接続される電圧印加期間、ハイ側スイッチング素子及びロー側スイッチング素子を何れも非導通状態として、分極部が電圧源及びアース電位から切り離されるフロート期間、及びロー側スイッチング素子のみを導通状態として分極部をアース電位に接続する接地期間を周期的に切り換えることにより、電圧パルスを分極部に印加する。   In the present invention configured as described above, the voltage source is connected to the polarization section via the high-side switching element. On the other hand, the polarization part is connected to the ground potential via the low-side switching element. The switching element control circuit has a voltage application period in which only the high-side switching element is in a conductive state and the voltage source is connected to the polarization unit, and the high-side switching element and the low-side switching element are both in a non-conduction state. A voltage pulse is applied to the polarization section by periodically switching between a float period disconnected from the ground potential and a ground period in which only the low-side switching element is in a conductive state and the polarization section is connected to the ground potential.

このように構成された本発明によれば、電圧印加期間と接地期間の間にフロート期間が設けられているので、分極部に印加される電圧の変化が滑らかになり、圧電アクチュエータを効率良く、又は、円滑に駆動することができる。
また、このように構成された本発明によれば、圧電アクチュエータの複数の分極部に夫々位相の異なる電圧パルスが印加されるので、単一の分極部のみに電圧パルスを印加する場合に比べ、圧電アクチュエータを効率良く、又は、円滑に駆動することができる。
さらに、このように構成された本発明によれば、含まれるフロート期間の長さが異なる電圧パルスを各分極部に印加するので、駆動対象の圧電アクチュエータに合わせて適切な駆動を行うことができる。
According to the present invention configured as described above, since the float period is provided between the voltage application period and the grounding period, the change in the voltage applied to the polarization unit becomes smooth, and the piezoelectric actuator can be efficiently used. Or it can drive smoothly.
Further, according to the present invention configured as described above, since voltage pulses having different phases are applied to the plurality of polarization portions of the piezoelectric actuator, compared to the case where a voltage pulse is applied only to a single polarization portion, The piezoelectric actuator can be driven efficiently or smoothly.
Furthermore, according to the present invention configured as described above, voltage pulses having different float period lengths are applied to each polarization unit, so that appropriate driving can be performed according to the piezoelectric actuator to be driven. .

本発明において、好ましくは、スイッチング素子制御回路は、各分極部に印加する電圧パルスが同じ長さのフロート期間を含む第1制御モードと、各分極部に印加する電圧パルスが夫々異なる長さのフロート期間を含む第2制御モードと、各分極部に印加する電圧パルスが、圧電アクチュエータの駆動中に長さが変化されるフロート期間を含む第3制御モードのうちの少なくとも2つを切り換えて実行する。   In the present invention, preferably, the switching element control circuit includes a first control mode in which the voltage pulse applied to each polarization unit includes a float period having the same length, and the voltage pulse applied to each polarization unit has a different length. Switch between at least two of the second control mode including the float period and the third control mode including the float period in which the length of the voltage pulse applied to each polarization unit is changed during driving of the piezoelectric actuator. To do.

このように構成された本発明によれば、第1制御モードと第2制御モードが切り換えて実行されるので、第1制御モードが有利な駆動状況と、第2制御モードが有利な駆動状況に応じて制御を切り換えることにより、より効率良く、円滑に圧電アクチュエータを駆動することができる。   According to the present invention configured as described above, since the first control mode and the second control mode are switched and executed, the driving situation in which the first control mode is advantageous and the driving situation in which the second control mode is advantageous are obtained. By switching the control accordingly, the piezoelectric actuator can be driven more efficiently and smoothly.

本発明において、好ましくは、圧電アクチュエータは超音波モータであり、スイッチング素子制御回路は、超音波モータの起動時には第2制御モードを実行し、その後、超音波モータが所定の回転数に達すると第1制御モードに切り換える。   In the present invention, it is preferable that the piezoelectric actuator is an ultrasonic motor, and the switching element control circuit executes the second control mode when the ultrasonic motor is activated, and then when the ultrasonic motor reaches a predetermined number of rotations, the switching element control circuit executes the second control mode. Switch to 1 control mode.

このように構成された本発明によれば、起動性の良い第2制御モードにより超音波モータを起動した後、駆動効率の良い第1制御モードに切り換えることにより、起動性及び効率を向上させることができる。   According to the present invention configured as described above, after starting the ultrasonic motor in the second control mode with good startability, the startability and efficiency are improved by switching to the first control mode with good drive efficiency. Can do.

本発明において、好ましくは、フロート期間は、印加する電圧パルス1周期のうちの5%以上を占めている。
このように構成された本発明によれば、フロート期間を十分に取ることができるので、十分に駆動効率を向上させることができる。
In the present invention, the float period preferably occupies 5% or more of one period of the voltage pulse to be applied.
According to the present invention configured as described above, a sufficient float period can be taken, so that the driving efficiency can be sufficiently improved.

本発明において、好ましくは、さらに、分極部に高電圧を発生させるためのコイルを有し、ハイ側スイッチング素子及びロー側スイッチング素子は、コイルを介して分極部に接続されている。
このように構成された本発明によれば、コイルによる共振現象を利用して、電圧源の電圧よりも高い電圧を分極部に印可することができる。このため、バッテリー等により、圧電アクチュエータを駆動することが可能になる。
In the present invention, it is preferable that the polarization unit further includes a coil for generating a high voltage, and the high-side switching element and the low-side switching element are connected to the polarization unit via the coil.
According to the present invention configured as described above, it is possible to apply a voltage higher than the voltage of the voltage source to the polarization part by utilizing the resonance phenomenon caused by the coil. For this reason, the piezoelectric actuator can be driven by a battery or the like.

また、本発明の圧電アクチュエータ装置は、ローターと、このローターを駆動する複数の分極部を備えたステーターと、複数の分極部のうちの少なくとも1つに駆動電圧を印可する本発明の圧電アクチュエータ駆動回路と、を有することを特徴としている。   In addition, the piezoelectric actuator device of the present invention includes a rotor, a stator having a plurality of polarization units that drive the rotor, and a piezoelectric actuator drive of the present invention that applies a drive voltage to at least one of the plurality of polarization units. And a circuit.

本発明の圧電アクチュエータ駆動回路、及びそれを備えた圧電アクチュエータ装置によれば、圧電アクチュエータを効率良く駆動し、又は、圧電アクチュエータを円滑に駆動することができる。   According to the piezoelectric actuator drive circuit of the present invention and the piezoelectric actuator device including the piezoelectric actuator drive circuit, the piezoelectric actuator can be efficiently driven or the piezoelectric actuator can be smoothly driven.

本発明の実施形態による圧電アクチュエータ装置全体を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole piezoelectric actuator apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による圧電アクチュエータ駆動回路に内蔵されているA相電圧パルス生成回路の作用を説明する回路図及びタイミングチャートである。It is a circuit diagram and a timing chart explaining the effect | action of the A phase voltage pulse generation circuit incorporated in the piezoelectric actuator drive circuit by embodiment of this invention. 圧電アクチュエータの正転、反転時における各電圧パルスを示す図である。It is a figure which shows each voltage pulse at the time of forward rotation and inversion of a piezoelectric actuator. A相電圧パルス生成回路及びB相電圧パルス生成回路のフロート期間を同一にした場合の電圧パルス波形である。It is a voltage pulse waveform when the float periods of the A phase voltage pulse generation circuit and the B phase voltage pulse generation circuit are the same. B相電圧パルス生成回路のフロート期間を、A相電圧パルス生成回路のフロート期間よりも短くした場合の電圧パルス波形である。It is a voltage pulse waveform when the float period of the B phase voltage pulse generation circuit is shorter than the float period of the A phase voltage pulse generation circuit. 比較例として示す、A相電圧パルス生成回路、B相電圧パルス生成回路ともフロート期間を設けていない場合の電圧パルス波形である。This is a voltage pulse waveform when no float period is provided for both the A-phase voltage pulse generation circuit and the B-phase voltage pulse generation circuit shown as a comparative example. 本発明の実施形態による圧電アクチュエータ駆動回路により圧電アクチュエータのローターを回転させた場合における回転数と、圧電アクチュエータ駆動回路の消費電流の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation speed at the time of rotating the rotor of a piezoelectric actuator by the piezoelectric actuator drive circuit by embodiment of this invention, and the consumption current of a piezoelectric actuator drive circuit. 本発明の実施形態による圧電アクチュエータ駆動回路により圧電アクチュエータのローターを回転させた場合における電圧パルス波形の周波数と回転数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the frequency of a voltage pulse waveform, and the rotation speed at the time of rotating the rotor of a piezoelectric actuator with the piezoelectric actuator drive circuit by embodiment of this invention.

次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
まず、図1乃至図3を参照して、本発明の実施形態による圧電アクチュエータ装置を説明する。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, a piezoelectric actuator device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明の第1実施形態による圧電アクチュエータ装置全体を示すブロック図である。図2は、圧電アクチュエータ駆動回路に内蔵されているA相電圧パルス生成回路の作用を説明する回路図及びタイミングチャートである。図3は、圧電アクチュエータの正転、反転時における各電圧パルスを示す図である。   FIG. 1 is a block diagram showing the entire piezoelectric actuator device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram and a timing chart for explaining the operation of the A-phase voltage pulse generation circuit built in the piezoelectric actuator drive circuit. FIG. 3 is a diagram showing each voltage pulse at the time of forward rotation and inversion of the piezoelectric actuator.

図1に示すように、本実施形態の圧電アクチュエータ装置1は、圧電アクチュエータ2と、この圧電アクチュエータ2を駆動する圧電アクチュエータ駆動回路3と、を有する。本実施形態の圧電アクチュエータ装置1は、圧電アクチュエータ2に備えられている複数の分極部を圧電アクチュエータ駆動回路3により駆動することにより、ローター6が正転、又は反転されるように構成されている。   As shown in FIG. 1, the piezoelectric actuator device 1 according to this embodiment includes a piezoelectric actuator 2 and a piezoelectric actuator drive circuit 3 that drives the piezoelectric actuator 2. The piezoelectric actuator device 1 of the present embodiment is configured such that the rotor 6 is rotated forward or reversely by driving a plurality of polarization units provided in the piezoelectric actuator 2 by the piezoelectric actuator drive circuit 3. .

図1に示すように、圧電アクチュエータ2は、分極部4a、4bと、摩擦部材5と、ローター6と、を有する。また、圧電アクチュエータ駆動回路3は、A相電圧パルス生成回路8と、B相電圧パルス生成回路10と、マイクロコンピュータ32と、D/A変換器34と、電圧制御発振器36と、移相器38と、を有する。   As shown in FIG. 1, the piezoelectric actuator 2 includes polarization portions 4 a and 4 b, a friction member 5, and a rotor 6. The piezoelectric actuator drive circuit 3 includes an A phase voltage pulse generation circuit 8, a B phase voltage pulse generation circuit 10, a microcomputer 32, a D / A converter 34, a voltage control oscillator 36, and a phase shifter 38. And having.

分極部4a、4bは単一の圧電特性部材内に形成されており、分極部4aは、A相電圧パルス生成回路8により電圧パルスを印可され、分極部4bは、B相電圧パルス生成回路10により電圧パルスを印可されるように構成されている。本実施形態においては、分極部4a、4bは、直方体状に形成された単一の圧電特性部材4cと、その一方の面に取り付けられた接地電極4dと、この接地電極4dの反対側に取り付けられた4つの電極4e、4f、4g、4hから構成されている。   The polarization parts 4a and 4b are formed in a single piezoelectric characteristic member, the polarization part 4a is applied with a voltage pulse by the A-phase voltage pulse generation circuit 8, and the polarization part 4b is supplied with the B-phase voltage pulse generation circuit 10 Is configured to apply a voltage pulse. In the present embodiment, the polarization portions 4a and 4b are attached to a single piezoelectric characteristic member 4c formed in a rectangular parallelepiped shape, a ground electrode 4d attached to one surface thereof, and an opposite side of the ground electrode 4d. 4 electrodes 4e, 4f, 4g and 4h.

接地電極4dは、圧電特性部材4cの1つの面全体を覆うように圧電特性部材4cに取り付けられており、アース電位に接続されている。圧電特性部材4cの接地電極4dとは反対側の面には、4つの電極4e、4f、4g、4hが並べて取り付けられている。図1において左上に配置された電極4eと、右下に配置された電極4hは電気的に接続されており、また、右上に配置された電極4fと、左下に配置された電極4gは電気的に接続されている。これにより、電極4f、4gが配置された、図1における圧電特性部材4cの右上部分と左下部分は、分極部4aとして機能し、電極4e、4hが配置された左上部分と右下部分は、分極部4bとして機能する。なお、本明細書においては、本実施形態のように単一の圧電特性部材内に複数の分極部が形成された構成、及び複数の圧電特性部材に1つずつ分極部が形成された構成を「複数」の分極部と呼ぶことにする。   The ground electrode 4d is attached to the piezoelectric characteristic member 4c so as to cover the entire surface of the piezoelectric characteristic member 4c, and is connected to the ground potential. Four electrodes 4e, 4f, 4g, and 4h are mounted side by side on the surface of the piezoelectric characteristic member 4c opposite to the ground electrode 4d. In FIG. 1, the electrode 4e arranged at the upper left and the electrode 4h arranged at the lower right are electrically connected, and the electrode 4f arranged at the upper right and the electrode 4g arranged at the lower left are electrically connected. It is connected to the. Thereby, the upper right part and the lower left part of the piezoelectric characteristic member 4c in FIG. 1 where the electrodes 4f and 4g are arranged function as the polarization part 4a, and the upper left part and the lower right part where the electrodes 4e and 4h are arranged are It functions as the polarization part 4b. In the present specification, a configuration in which a plurality of polarization portions are formed in a single piezoelectric characteristic member and a configuration in which one polarization portion is formed in each of the plurality of piezoelectric characteristic members as in the present embodiment. It will be referred to as “plurality” of polarization parts.

図1に示すように、分極部4aはA相電圧パルス生成回路8から超音波帯域の交番電圧(電圧パルス)が印加されることにより変形され、超音波振動されるように構成されている。一方、分極部4bはB相電圧パルス生成回路10から超音波帯域の交番電圧(電圧パルス)が印加されることにより変形され、超音波振動されるように構成されている。なお、本実施形態においては、圧電アクチュエータ2は、分極部4a、4bのみを備えているが、本発明の圧電アクチュエータ駆動回路は、多数組の分極部を備えた圧電アクチュエータに適用することもできる。   As shown in FIG. 1, the polarization unit 4 a is configured to be deformed by application of an alternating voltage (voltage pulse) in the ultrasonic band from the A-phase voltage pulse generation circuit 8 and to be ultrasonically vibrated. On the other hand, the polarization unit 4b is configured to be deformed by applying an alternating voltage (voltage pulse) in the ultrasonic band from the B-phase voltage pulse generation circuit 10, and to be ultrasonically vibrated. In the present embodiment, the piezoelectric actuator 2 includes only the polarization portions 4a and 4b. However, the piezoelectric actuator drive circuit of the present invention can also be applied to a piezoelectric actuator including a large number of sets of polarization portions. .

摩擦部材5はローター6に対して与圧された突起であり、圧電特性部材の振動と共に振動されるように構成されている。摩擦部材5が振動されると、これに押し付けられているローター6が所定の方向に回転するように構成されている。   The friction member 5 is a protrusion pressurized against the rotor 6, and is configured to vibrate together with the vibration of the piezoelectric characteristic member. When the friction member 5 is vibrated, the rotor 6 pressed against the friction member 5 rotates in a predetermined direction.

マイクロコンピュータ32は、A相電圧パルス生成回路8及びB相電圧パルス生成回路10から出力される電圧パルス波形の周波数を指示する周波数指示信号をD/A変換器34に出力するように構成されている。圧電アクチュエータ2のローター6の回転数は、この電圧パルス波形の周波数によって制御される。また、マイクロコンピュータ32は、ローター6の正転、反転を指示する正反転指示信号を移相器38に出力するように構成されている。この正反転指示信号により、移相器38から出力される2つの駆動信号の位相関係が変更され、ローター6の回転方向が切り換えられる。さらに、マイクロコンピュータ32は、A相電圧パルス生成回路8及びB相電圧パルス生成回路10から出力される電圧パルスに含まれるフロート期間の長さを指示するフロート期間指示信号を、A相電圧パルス生成回路8及びB相電圧パルス生成回路10に出力するように構成されている。電圧パルスのフロート期間については後述する。   The microcomputer 32 is configured to output to the D / A converter 34 a frequency instruction signal indicating the frequency of the voltage pulse waveform output from the A phase voltage pulse generation circuit 8 and the B phase voltage pulse generation circuit 10. Yes. The rotation speed of the rotor 6 of the piezoelectric actuator 2 is controlled by the frequency of the voltage pulse waveform. The microcomputer 32 is configured to output to the phase shifter 38 a normal inversion instruction signal that instructs normal rotation and inversion of the rotor 6. By this forward / reverse instruction signal, the phase relationship between the two drive signals output from the phase shifter 38 is changed, and the rotation direction of the rotor 6 is switched. Further, the microcomputer 32 generates an A-phase voltage pulse by generating a float period instruction signal indicating the length of the float period included in the voltage pulses output from the A-phase voltage pulse generation circuit 8 and the B-phase voltage pulse generation circuit 10. It is configured to output to the circuit 8 and the B-phase voltage pulse generation circuit 10. The voltage pulse float period will be described later.

D/A変換器34は、マイクロコンピュータ32から入力されたデジタル信号を、アナログ信号に変換するように構成されている。上述したように、マイクロコンピュータ32から入力されるデジタル信号は電圧パルス波形の周波数を指示するための周波数指示信号であり、D/A変換器34は指示された周波数に対応したアナログ信号を出力するように構成されている。   The D / A converter 34 is configured to convert a digital signal input from the microcomputer 32 into an analog signal. As described above, the digital signal input from the microcomputer 32 is a frequency instruction signal for indicating the frequency of the voltage pulse waveform, and the D / A converter 34 outputs an analog signal corresponding to the instructed frequency. It is configured as follows.

電圧制御発振器36は、発振周波数が印加電圧によって変化する発振器であり、D/A変換器34から入力された電圧信号に対応した周波数の矩形波(電圧パルス波形)を、移相器38に出力するように構成されている。   The voltage controlled oscillator 36 is an oscillator whose oscillation frequency varies depending on the applied voltage, and outputs a rectangular wave (voltage pulse waveform) having a frequency corresponding to the voltage signal input from the D / A converter 34 to the phase shifter 38. Is configured to do.

移相器38は、電圧制御発振器36から入力された電圧パルス波形に対して90゜位相がずれた電圧パルス波形を生成するように構成されている。本実施形態においては、移相器38は、電圧制御発振器36から入力された電圧パルス波形を、そのまま駆動信号としてB相電圧パルス生成回路10に出力すると共に、この波形に対して90゜位相がずれた電圧パルス波形を駆動信号としてA相電圧パルス生成回路8に出力するように構成されている。また、本実施形態においては、移相器38は、マイクロコンピュータ32から入力された正反転指示信号により「正転」が指示された場合にはA相電圧パルス生成回路8に出力する電圧パルス波形の位相を90゜進ませ、「反転」が指示された場合には電圧パルス波形の位相を90゜遅らせるように構成されている。
なお、A相とB相の電圧パルスの位相差は、±90゜以外の位相差であっても良い。
The phase shifter 38 is configured to generate a voltage pulse waveform that is 90 ° out of phase with the voltage pulse waveform input from the voltage controlled oscillator 36. In the present embodiment, the phase shifter 38 outputs the voltage pulse waveform input from the voltage controlled oscillator 36 as it is to the B phase voltage pulse generation circuit 10 as a drive signal, and a 90 ° phase with respect to this waveform. The shifted voltage pulse waveform is output to the A-phase voltage pulse generation circuit 8 as a drive signal. In the present embodiment, the phase shifter 38 is a voltage pulse waveform that is output to the A-phase voltage pulse generation circuit 8 when “forward rotation” is instructed by the normal inversion instruction signal input from the microcomputer 32. The phase of the voltage pulse waveform is advanced by 90 °, and when “inversion” is instructed, the phase of the voltage pulse waveform is delayed by 90 °.
The phase difference between the A-phase and B-phase voltage pulses may be other than ± 90 °.

A相電圧パルス生成回路8は、スイッチング素子制御回路12と、電圧源である高圧電源14と、ハイ側スイッチング素子16と、ロー側スイッチング素子18と、コイル20と、を有する。   The A-phase voltage pulse generation circuit 8 includes a switching element control circuit 12, a high-voltage power supply 14 that is a voltage source, a high-side switching element 16, a low-side switching element 18, and a coil 20.

スイッチング素子制御回路12は、超音波帯域の駆動信号と、フロート期間指示信号に基づいて、ハイ側スイッチング素子16、及びロー側スイッチング素子18を導通状態又は非導通状態に切り換えるように構成されている。具体的には、スイッチング素子制御回路12は、種々のロジックIC等により構成することができる。   The switching element control circuit 12 is configured to switch the high-side switching element 16 and the low-side switching element 18 to a conductive state or a non-conductive state based on the ultrasonic band drive signal and the float period instruction signal. . Specifically, the switching element control circuit 12 can be configured by various logic ICs or the like.

高圧電源14は、正の高電圧を発生する電圧源であり、ハイ側スイッチング素子16に接続されている。ハイ側スイッチング素子16が導通状態に切り換えられると、駆動素子には、コイル20を介して高電圧が印加されるように構成されている。   The high-voltage power supply 14 is a voltage source that generates a positive high voltage, and is connected to the high-side switching element 16. When the high-side switching element 16 is switched to the conductive state, a high voltage is applied to the drive element via the coil 20.

ハイ側スイッチング素子16は、本実施形態においては、Nチャンネル型のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)により構成されており、そのゲート端子がスイッチング素子制御回路12に接続され、ドレイン端子が高圧電源14に接続され、ソース端子がコイル20に接続されている。   In the present embodiment, the high-side switching element 16 is configured by an N-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), the gate terminal of which is connected to the switching element control circuit 12, and the drain terminal Is connected to the high-voltage power supply 14, and the source terminal is connected to the coil 20.

ロー側スイッチング素子18は、本実施形態においては、Nチャンネル型のMOSFETにより構成されており、そのゲート端子がスイッチング素子制御回路12に接続され、ドレイン端子がコイル20に接続され、ソース端子が接地されている。   In this embodiment, the low-side switching element 18 is composed of an N-channel type MOSFET, and has a gate terminal connected to the switching element control circuit 12, a drain terminal connected to the coil 20, and a source terminal grounded. Has been.

コイル20は、その第1の端子である駆動端子20aを介して分極部4aに接続され、第2の端子20bが、前述のように、ハイ側スイッチング素子16のソース端子、ロー側スイッチング素子18のドレイン端子に接続されている。ここで、コイル20と接続された分極部4aは、LC共振回路として作用し、圧電アクチュエータ2の共振周波数近傍において駆動端子20aに適切な高電圧が発生するように、コイル20のインダクタンス値は選択されている。   The coil 20 is connected to the polarization part 4a via the drive terminal 20a which is the first terminal, and the second terminal 20b is the source terminal of the high-side switching element 16 and the low-side switching element 18 as described above. Connected to the drain terminal. Here, the polarization unit 4a connected to the coil 20 acts as an LC resonance circuit, and the inductance value of the coil 20 is selected so that an appropriate high voltage is generated at the drive terminal 20a in the vicinity of the resonance frequency of the piezoelectric actuator 2. Has been.

B相電圧パルス生成回路10は、電圧源である高圧電源22と、ハイ側スイッチング素子24と、ロー側スイッチング素子26と、コイル28と、スイッチング素子制御回路30と、を有する。なお、B相電圧パルス生成回路10は、上述したA相電圧パルス生成回路8と同一であるため、説明を省略する。また、図1においては、高圧電源14と高圧電源22は別々に図示されているが、これらは、同一の高圧電源から構成することもできる。   The B-phase voltage pulse generation circuit 10 includes a high-voltage power supply 22 that is a voltage source, a high-side switching element 24, a low-side switching element 26, a coil 28, and a switching element control circuit 30. The B-phase voltage pulse generation circuit 10 is the same as the A-phase voltage pulse generation circuit 8 described above, and a description thereof will be omitted. In FIG. 1, the high-voltage power supply 14 and the high-voltage power supply 22 are illustrated separately, but they can also be configured from the same high-voltage power supply.

次に、図2を参照して、圧電アクチュエータ駆動回路3に内蔵されているA相電圧パルス生成回路8の作用を説明する。図2(a)はA相電圧パルス生成回路8を示し、(b)はA相電圧パルス生成回路8の作用を示すタイミングチャートである。図2(b)のタイミングチャートは、上段から順に、駆動信号、ハイ側スイッチング素子16の状態、ロー側スイッチング素子18の状態、コイル20の第2の端子20bの電圧を示している。   Next, the operation of the A-phase voltage pulse generation circuit 8 built in the piezoelectric actuator driving circuit 3 will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows the A-phase voltage pulse generation circuit 8 and FIG. 2B is a timing chart showing the operation of the A-phase voltage pulse generation circuit 8. The timing chart of FIG. 2B shows the drive signal, the state of the high-side switching element 16, the state of the low-side switching element 18, and the voltage of the second terminal 20b of the coil 20 in order from the top.

まず、スイッチング素子制御回路12には、図2(b)上段に示す矩形波状の駆動信号が入力される。駆動信号は、圧電アクチュエータ2の共振周波数近傍の周波数になるよう選択されており、駆動端子20aに適切な高電圧が発生するようになっている。
図2(b)に示すように、スイッチング素子制御回路12は、駆動信号がLレベルにある場合には、ハイ側スイッチング素子16を非導通状態(オフ)、ロー側スイッチング素子18を導通状態(オン)にする。具体的には、スイッチング素子制御回路12は、ハイ側スイッチング素子16及びロー側スイッチング素子18の各ゲート端子に信号を送り、これらのFETのオン、オフを切り換える。ハイ側スイッチング素子16がオフ、ロー側スイッチング素子18がオンにされると、コイル20の第2の端子20bは、ロー側スイッチング素子18を介して接地されるので、0Vとなる。
First, the switching element control circuit 12 receives a rectangular-wave drive signal shown in the upper part of FIG. The drive signal is selected to have a frequency close to the resonance frequency of the piezoelectric actuator 2, and an appropriate high voltage is generated at the drive terminal 20a.
As shown in FIG. 2B, when the drive signal is at the L level, the switching element control circuit 12 turns off the high-side switching element 16 (off) and turns on the low-side switching element 18 ( turn on. Specifically, the switching element control circuit 12 sends signals to the gate terminals of the high-side switching element 16 and the low-side switching element 18 to switch these FETs on and off. When the high-side switching element 16 is turned off and the low-side switching element 18 is turned on, the second terminal 20b of the coil 20 is grounded via the low-side switching element 18, and thus becomes 0V.

次に、駆動信号がLレベルからHレベルに立ち上がると、ロー側スイッチング素子18は直ちにオフに切り換えられ、ハイ側スイッチング素子16は、マイクロコンピュータ32からのフロート期間指示信号に対応したフロート期間T1が経過した後、オンに切り換えられる。ロー側スイッチング素子18がオフ、ハイ側スイッチング素子16がオンに切り換えられると、コイル20の第2の端子20bは、ハイ側スイッチング素子16を介して高圧電源14に接続され、第2の端子20bの端子電圧は、高圧電源14の電圧に立ち上がる。   Next, when the drive signal rises from the L level to the H level, the low-side switching element 18 is immediately switched off, and the high-side switching element 16 has a float period T1 corresponding to the float period instruction signal from the microcomputer 32. After the elapse, it is switched on. When the low-side switching element 18 is switched off and the high-side switching element 16 is switched on, the second terminal 20b of the coil 20 is connected to the high-voltage power supply 14 via the high-side switching element 16 and the second terminal 20b. The terminal voltage rises to the voltage of the high-voltage power supply 14.

ここで、ロー側スイッチング素子18がオフにされた後、ハイ側スイッチング素子16がオンにされるまでのフロート期間T1の間は、ロー側スイッチング素子18、ハイ側スイッチング素子16共にオフであり、このフロート期間T1(図2(b)の斜線部分)の間は、コイル20の第2の端子20bは、電気的に高圧電源14及びアース電位から切り離され、フロートされた状態となり、第2の端子20bの電圧は、FETの寄生ダイオードの効果でアース電位から高圧電源の電圧の範囲内で、駆動端子20aの電位とコイル2の電流方向と電流値に依存した値となる。   Here, both the low-side switching element 18 and the high-side switching element 16 are off during the float period T1 after the low-side switching element 18 is turned off until the high-side switching element 16 is turned on. During the float period T1 (shaded portion in FIG. 2B), the second terminal 20b of the coil 20 is electrically disconnected from the high-voltage power supply 14 and the ground potential, and is in a floated state. The voltage of the terminal 20b becomes a value depending on the potential of the drive terminal 20a, the current direction of the coil 2, and the current value within the range from the ground potential to the voltage of the high voltage power source due to the effect of the parasitic diode of the FET.

続いて、駆動信号がHレベルからLレベルに立ち下がると、ハイ側スイッチング素子16は直ちにオフに切り換えられ、ロー側スイッチング素子18は、所定のフロート期間T1が経過した後、オンに切り換えられる。ハイ側スイッチング素子16がオフ、ロー側スイッチング素子18がオンにされると、コイル20の第2の端子20bは、ロー側スイッチング素子18を介して接地されるので、再び0Vとなる。   Subsequently, when the drive signal falls from the H level to the L level, the high-side switching element 16 is immediately switched off, and the low-side switching element 18 is switched on after a predetermined float period T1 has elapsed. When the high-side switching element 16 is turned off and the low-side switching element 18 is turned on, the second terminal 20b of the coil 20 is grounded via the low-side switching element 18, and thus becomes 0V again.

また、ハイ側スイッチング素子16がオフに切り換えられた後、ロー側スイッチング素子18がオンに切り換えられるまでのフロート期間T1も、コイル20の第2の端子20bが電気的に高圧電源14及びアース電位から切り離され、フロートされた状態となる。このフロート期間T1もフロート期間指示信号に応じた長さに設定される。   The second terminal 20b of the coil 20 is electrically connected to the high-voltage power supply 14 and the ground potential during the float period T1 from when the high-side switching element 16 is switched off to when the low-side switching element 18 is switched on. It will be separated from and will float. The float period T1 is also set to a length corresponding to the float period instruction signal.

以上の作用を繰り返すことにより、ハイ側スイッチング素子16のみを導通状態として第2の端子20bに電圧を印可する電圧印加期間、ハイ側スイッチング素子16及びロー側スイッチング素子18を何れも非導通状態として、第2の端子20bの電位をフロート電位にするフロート期間、及びロー側スイッチング素子18のみを導通状態として第2の端子20bをアース電位にする接地期間が周期的に切り換えられ、電圧パルスが分極部4aに印加される。即ち、電圧印加期間においては、分極部4aにはコイル20を介して高圧電源14が接続され、接地期間においては、分極部4aはコイル20を介してアース電位に接続され、フロート期間においては、分極部4aは高圧電源14及びアース電位から切り離され、フロート電位となる。電圧パルスがコイル20のインダクタンス及び分極部4aの容量成分と共振することにより、分極部4aにパルス状の高電圧が印加され、圧電特性部材4cが振動的に変形される。   By repeating the above operation, only the high-side switching element 16 is turned on, and the high-side switching element 16 and the low-side switching element 18 are both turned off during the voltage application period in which voltage is applied to the second terminal 20b. The float period in which the potential of the second terminal 20b is floated and the ground period in which only the low-side switching element 18 is in a conductive state and the second terminal 20b is grounded are periodically switched, and the voltage pulse is polarized. Applied to the part 4a. That is, in the voltage application period, the high-voltage power supply 14 is connected to the polarization unit 4a via the coil 20, and in the ground period, the polarization unit 4a is connected to the ground potential via the coil 20, and in the float period, The polarization unit 4a is disconnected from the high-voltage power supply 14 and the ground potential and becomes a float potential. When the voltage pulse resonates with the inductance of the coil 20 and the capacitance component of the polarization portion 4a, a high pulse voltage is applied to the polarization portion 4a, and the piezoelectric characteristic member 4c is vibrated and deformed.

圧電アクチュエータ駆動回路3に内蔵されているB相電圧パルス生成回路10の構成及び作用は、A相電圧パルス生成回路8と同一であるので、説明を省略する。なお、本実施形態においては、B相電圧パルス生成回路10には、A相電圧パルス生成回路8の駆動信号とは90゜位相がずれた矩形波が、駆動信号として入力されるので、B相電圧パルス生成回路10が発生する電圧パルスは、A相電圧パルス生成回路8により発生される電圧パルスとは90゜位相がずれたものとなる。また、電圧パルス波形に含まれるフロート期間は、マイクロコンピュータ32から入力されるフロート期間指示信号によって、A相電圧パルス生成回路8及びB相電圧パルス生成回路10に対して独立して設定される。従って、2つの電圧パルス生成回路から夫々出力される電圧パルス波形に含まれるフロート期間は、夫々任意の長さに設定される。   The configuration and operation of the B-phase voltage pulse generation circuit 10 built in the piezoelectric actuator drive circuit 3 are the same as those of the A-phase voltage pulse generation circuit 8, and thus the description thereof is omitted. In the present embodiment, the B-phase voltage pulse generation circuit 10 is input with a rectangular wave that is 90 ° out of phase with the drive signal of the A-phase voltage pulse generation circuit 8. The voltage pulse generated by the voltage pulse generation circuit 10 is 90 ° out of phase with the voltage pulse generated by the A-phase voltage pulse generation circuit 8. The float period included in the voltage pulse waveform is set independently for the A-phase voltage pulse generation circuit 8 and the B-phase voltage pulse generation circuit 10 by the float period instruction signal input from the microcomputer 32. Accordingly, the float periods included in the voltage pulse waveforms respectively output from the two voltage pulse generation circuits are set to arbitrary lengths.

次に、図3を参照して、A相電圧パルス生成回路8及びB相電圧パルス生成回路10によって出力される電圧パルス波形の一例を説明する。図3(a)は圧電アクチュエータ2のローター6を正転させる場合の電圧パルス波形の一例であり、図3(b)はローター6を反転させる場合の電圧パルス波形の一例を示す。なお、A相電圧パルス生成回路8から出力される電圧パルス波形は、コイル20の第2の端子20bにおける電圧を示し、B相電圧パルス生成回路10から出力される電圧パルス波形は、コイル28の第2の端子28bにおける電圧を示している。   Next, an example of a voltage pulse waveform output by the A-phase voltage pulse generation circuit 8 and the B-phase voltage pulse generation circuit 10 will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows an example of a voltage pulse waveform when the rotor 6 of the piezoelectric actuator 2 is rotated forward, and FIG. 3B shows an example of a voltage pulse waveform when the rotor 6 is reversed. The voltage pulse waveform output from the A-phase voltage pulse generation circuit 8 indicates the voltage at the second terminal 20b of the coil 20, and the voltage pulse waveform output from the B-phase voltage pulse generation circuit 10 indicates the voltage of the coil 28. The voltage at the second terminal 28b is shown.

図3(a)に示すように、本実施形態においては、ローター6を正転させる場合には、A相電圧パルス生成回路8から出力される電圧パルス波形が、B相電圧パルス生成回路10から出力される電圧パルス波形に対して、90゜位相が進んでいる。また、図3(a)に示す例では、A相のフロート期間が、B相のフロート期間よりも長く設定されている。   As shown in FIG. 3A, in the present embodiment, when the rotor 6 is rotated forward, the voltage pulse waveform output from the A phase voltage pulse generation circuit 8 is output from the B phase voltage pulse generation circuit 10. The phase is advanced by 90 ° with respect to the output voltage pulse waveform. In the example shown in FIG. 3A, the A-phase float period is set longer than the B-phase float period.

一方、図3(b)に示すように、ローター6を反転させる場合には、A相電圧パルス生成回路8から出力される電圧パルス波形が、B相電圧パルス生成回路10から出力される電圧パルス波形に対して、90゜位相が遅れている。また、図3(b)に示す例では、図3(a)に示す正転の場合とは反対に、A相のフロート期間が、B相のフロート期間よりも短く設定されている。   On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the rotor 6 is reversed, the voltage pulse waveform output from the A-phase voltage pulse generation circuit 8 is changed to the voltage pulse output from the B-phase voltage pulse generation circuit 10. The phase is 90 ° behind the waveform. In the example shown in FIG. 3B, the A-phase float period is set shorter than the B-phase float period, contrary to the forward rotation shown in FIG.

電圧パルス波形に含まれるフロート期間は、電圧パルスの立ち上がり時、立ち下がり時とも、電圧パルス波形の1周期の5〜25%、好ましくは10〜20%に設定する。或いは、電圧パルス波形に含まれるフロート期間は、電圧パルスの立ち上がり時、立ち下がり時とも、0.7〜4μsec、好ましくは、1.5〜3μsecに設定する。   The float period included in the voltage pulse waveform is set to 5 to 25%, preferably 10 to 20% of one period of the voltage pulse waveform at both the rise and fall of the voltage pulse. Alternatively, the float period included in the voltage pulse waveform is set to 0.7 to 4 μsec, preferably 1.5 to 3 μsec, both when the voltage pulse rises and falls.

次に、図4乃至図8を参照して、本発明の実施形態による圧電アクチュエータ装置1の作用を説明する。
図4は、A相電圧パルス生成回路8及びB相電圧パルス生成回路10のフロート期間を同一にした場合の電圧パルス波形であり、上段から順に、コイル20の第2の端子20bにおける電圧、駆動端子20aにおける電圧、コイル28の第2の端子28bにおける電圧、駆動端子28aにおける電圧を示している。本明細書においては、このような電圧パルス波形を対称フロート期間波形と呼ぶ。
Next, with reference to FIG. 4 thru | or FIG. 8, the effect | action of the piezoelectric actuator apparatus 1 by embodiment of this invention is demonstrated.
FIG. 4 is a voltage pulse waveform when the float periods of the A-phase voltage pulse generation circuit 8 and the B-phase voltage pulse generation circuit 10 are the same, and the voltage and drive at the second terminal 20b of the coil 20 in order from the top. The voltage at the terminal 20a, the voltage at the second terminal 28b of the coil 28, and the voltage at the drive terminal 28a are shown. In this specification, such a voltage pulse waveform is referred to as a symmetrical float period waveform.

図5は、B相電圧パルス生成回路10のフロート期間を、A相電圧パルス生成回路8のフロート期間よりも短くした場合の電圧パルス波形であり、図4と同様に、上段から端子20b、20a、28b、28aにおける電圧を示している。本明細書においては、このような電圧パルス波形を非対称フロート期間波形と呼ぶ。   FIG. 5 shows a voltage pulse waveform when the float period of the B-phase voltage pulse generation circuit 10 is made shorter than the float period of the A-phase voltage pulse generation circuit 8, and as in FIG. 4, the terminals 20b and 20a from the upper stage. , 28b, and 28a. In this specification, such a voltage pulse waveform is referred to as an asymmetric float period waveform.

図6は、比較例として、A相電圧パルス生成回路8、B相電圧パルス生成回路10ともフロート期間を設けていない場合の電圧パルス波形であり、図4と同様に、上段から端子20b、20a、28b、28aにおける電圧を示している。本明細書においては、このような電圧パルス波形を従来の電圧パルス波形と呼ぶ。   FIG. 6 shows, as a comparative example, voltage pulse waveforms in the case where neither the A-phase voltage pulse generation circuit 8 nor the B-phase voltage pulse generation circuit 10 has a float period. Similarly to FIG. 4, the terminals 20b and 20a , 28b, and 28a. In this specification, such a voltage pulse waveform is referred to as a conventional voltage pulse waveform.

なお、一般に、電圧源とアース電位の間に2つのスイッチング素子を直列に接続し、これらのスイッチング素子を切り換えて電圧パルス波形を生成する回路においては、デットタイムが設けられている。このデットタイムは、電圧源とアース電位の間に接続された各スイッチング素子が同時にオンになり、電圧源とアース電位が短絡するのを防止するために、2つのスイッチング素子が同時にオフになる期間を設けるものである。即ち、ハイ側のスイッチング素子のみがオンの状態から、ロー側のスイッチング素子のみがオンの状態に切り換える場合には、先にハイ側のスイッチング素子をオフにして、両方のスイッチング素子がオフにされた後、ロー側のスイッチング素子をオンに切り換える。このような、両方のスイッチング素子がオフになるデットタイムは、回路を正常に動作させるために止むを得ず設けられるものであり、正確な電圧パルス波形を出力するためには0であることが理想とされている。このため、実用化されている回路では、デットタイムは必要最小限の長さに設定されており、通常、300nsec程度のきわめて短い期間に設定されている。   In general, a dead time is provided in a circuit in which two switching elements are connected in series between a voltage source and a ground potential, and these switching elements are switched to generate a voltage pulse waveform. This dead time is a period in which the two switching elements are simultaneously turned off in order to prevent the switching elements connected between the voltage source and the ground potential from being turned on at the same time and the voltage source and the ground potential from being short-circuited. Is provided. That is, when switching only the high-side switching element from the on state to the low-side switching element only, the high-side switching element is turned off first, and both switching elements are turned off. After that, the low-side switching element is turned on. Such a dead time when both the switching elements are turned off is unavoidably provided for normal operation of the circuit, and may be zero in order to output an accurate voltage pulse waveform. It is considered ideal. For this reason, in a circuit that has been put to practical use, the dead time is set to the minimum necessary length, and is usually set to a very short period of about 300 nsec.

図6に示す例においても、デットタイムは約300nsecに設定されている。一方、本発明の実施形態におけるフロート期間は、ハイ側スイッチング素子及びロー側スイッチング素子が同時にオフにされるという点でデットタイムと同様である。しかしながら、フロート期間は、圧電アクチュエータ2の制御特性を改善するために積極的に設けられたものであると共に、その期間も、通常のデットタイムの数倍以上に設定されるものであるため、本明細書においては、これをフロート期間と呼んで区別している。   Also in the example shown in FIG. 6, the dead time is set to about 300 nsec. On the other hand, the float period in the embodiment of the present invention is the same as the dead time in that the high-side switching element and the low-side switching element are simultaneously turned off. However, the float period is positively provided to improve the control characteristics of the piezoelectric actuator 2, and the period is also set to several times the normal dead time. In the specification, this is called a float period for distinction.

まず、図4に示すように、コイル20の第2の端子20bにおける電圧パルス波形は、ロー側スイッチング素子18のみがオンにされている接地期間T3aにおいてはアース電位にされ、一方、ハイ側スイッチング素子16のみがオンにされている電圧印加期間T2aにおいては、高圧電源14の電圧と等しくなっている。これに対して、接地期間T3aと電圧印加期間T2aの間に位置するフロート期間T1aにおいては第2の端子20bがフロートされた状態にあるため、第2の端子20bは、FETの寄生ダイオードの効果でアース電位から高圧電源の電圧の範囲内で、コイル20の駆動端子20aの電位と、コイル20の電流方向と、電流値に依存した電位をとり、振動的に変化している。   First, as shown in FIG. 4, the voltage pulse waveform at the second terminal 20b of the coil 20 is set to the ground potential during the ground period T3a in which only the low-side switching element 18 is turned on, while high-side switching is performed. In the voltage application period T2a in which only the element 16 is turned on, it is equal to the voltage of the high-voltage power supply 14. On the other hand, in the float period T1a located between the ground period T3a and the voltage application period T2a, the second terminal 20b is in a floated state, so that the second terminal 20b has the effect of the parasitic diode of the FET. In the range from the ground potential to the voltage of the high-voltage power supply, the potential of the drive terminal 20a of the coil 20, the current direction of the coil 20, and the potential depending on the current value are taken and changed in vibration.

一方、コイル20の駆動端子20aの電圧波形は、概ね、電圧印加期間T2aの間においては電圧が高く、接地期間T3aにおいては電圧が低い傾向を持った波形となるが、コイル20及び分極部4aの共振等により、複雑な波形になっている。これは、第2の端子28bの電位がFETの寄生ダイオードの効果でアース電位から高圧電源の電圧の範囲内で、コイル28の駆動端子28aの電位と、コイル28の電流方向と、電流値に依存した電位をとるためである。   On the other hand, the voltage waveform of the drive terminal 20a of the coil 20 is generally a waveform having a high voltage during the voltage application period T2a and a low voltage during the grounding period T3a, but the coil 20 and the polarization unit 4a. Due to the resonance and the like, the waveform is complicated. This is because the potential of the second terminal 28b is within the range from the ground potential to the voltage of the high voltage power supply due to the effect of the parasitic diode of the FET, the potential of the drive terminal 28a of the coil 28, the current direction of the coil 28, and the current value. This is because a dependent potential is taken.

さらに、コイル28の第2の端子28bにおける電圧パルス波形も、第2の端子20bの電圧波形と同一の傾向を持つが、設定されているフロート期間T1bの長さがフロート期間T1aと同一であるにも関わらず、フロート期間T1b中における波形が第2の端子20bとは異なっている。これは、第2の端子28bの電位が、コイル28の駆動端子28aの電位に依存した電位をとるためである。また、コイル28の駆動端子28aの電圧波形も駆動端子20aの電圧波形と同様の傾向を持つが、駆動端子20aの電圧波形とは異なっている。   Further, the voltage pulse waveform at the second terminal 28b of the coil 28 has the same tendency as the voltage waveform at the second terminal 20b, but the length of the set float period T1b is the same as the float period T1a. Nevertheless, the waveform during the float period T1b is different from that of the second terminal 20b. This is because the potential of the second terminal 28 b takes a potential depending on the potential of the drive terminal 28 a of the coil 28. The voltage waveform at the drive terminal 28a of the coil 28 has the same tendency as the voltage waveform at the drive terminal 20a, but is different from the voltage waveform at the drive terminal 20a.

なお、図4に示す対称フロート期間波形において、フロート期間T1a、T1bは、1.52μsec、電圧印加期間T2a、T2b及び接地期間T3a、T3bは、5.76μsecである。   In the symmetrical float period waveform shown in FIG. 4, the float periods T1a and T1b are 1.52 μsec, the voltage application periods T2a and T2b and the ground periods T3a and T3b are 5.76 μsec.

次に、図5に示す電圧パルス波形では、B相電圧パルス生成回路10によるフロート期間T1bが、A相電圧パルス生成回路8によるフロート期間T1aよりも短くされている。また、駆動端子20aの波形及び駆動端子28aの波形は、より滑らかになり、正弦波に近づいている。
なお、図5に示す非対称フロート期間波形において、フロート期間T1aは、2.92μsec、電圧印加期間T2aは、及び接地期間T3aは、4.36μsecであり、フロート期間T1bは、1.24μsec、電圧印加期間T2b及び接地期間3bは、6.04μsecである。
Next, in the voltage pulse waveform shown in FIG. 5, the float period T1b by the B-phase voltage pulse generation circuit 10 is shorter than the float period T1a by the A-phase voltage pulse generation circuit 8. The waveform of the drive terminal 20a and the waveform of the drive terminal 28a are smoother and approach a sine wave.
In the asymmetric float period waveform shown in FIG. 5, the float period T1a is 2.92 μsec, the voltage application period T2a and the ground period T3a are 4.36 μsec, and the float period T1b is 1.24 μsec. The period T2b and the grounding period 3b are 6.04 μsec.

次に、比較例として図6に示す従来の電圧パルス波形では、第2の端子20b、28bの電圧パルス波形は、電圧印加期間T2と接地期間T3が交互に現れる正確な矩形波になっている。なお、図6に示す電圧パルス波形においても、ハイ側及びロー側のスイッチング素子が同時にオフにされるデットタイムが設けられているが、フロート期間に比べてきわめて短いため、その影響が電圧パルス波形には表れていない。   Next, in the conventional voltage pulse waveform shown in FIG. 6 as a comparative example, the voltage pulse waveform at the second terminals 20b and 28b is an accurate rectangular wave in which the voltage application period T2 and the ground period T3 appear alternately. . In the voltage pulse waveform shown in FIG. 6, there is a dead time for turning off the high-side and low-side switching elements at the same time. However, since the dead time is extremely short compared to the float period, the influence is the voltage pulse waveform. It does not appear in

一方、図6において、駆動端子20aの波形及び駆動端子28aの波形は、図4、図5に示した電圧波形に比べ、乱れの大きいものとなっている。特に、第2の端子20b、28bの電位がアース電位から高電圧源の電位に立ち上がる瞬間には、単調増加していた駆動端子の電位が一旦減少した後、再び増加している。これは、フロート期間を設けていない比較例においては、第2の端子20b、28bの電位が、常にアース電位又は高電圧源の電位に拘束されているため、駆動端子20a、28aの電位がその影響を受けて乱れているものと考えられる。   On the other hand, in FIG. 6, the waveform of the drive terminal 20a and the waveform of the drive terminal 28a are more disturbed than the voltage waveforms shown in FIGS. In particular, at the moment when the potential of the second terminals 20b and 28b rises from the ground potential to the potential of the high voltage source, the potential of the drive terminal that has monotonously increased once decreases and then increases again. This is because in the comparative example in which no float period is provided, the potentials of the second terminals 20b and 28b are always constrained to the ground potential or the potential of the high voltage source. It seems that it is disturbed by the influence.

これに対して、図4及び図5に示す例では、アース電位と高電圧源の電位の切り換えの間には、所定の長さを持ったフロート期間が設けられているため、第2の端子20b、28bは、アース電位から高圧電源の電圧の範囲内で自由な電位をとることができる。このため、各コイルの駆動端子の電位が、第2の端子の電位の影響を受けて乱されることにより複雑な波形になることがないと考えられる。   On the other hand, in the example shown in FIG. 4 and FIG. 5, since a float period having a predetermined length is provided between the switching of the ground potential and the potential of the high voltage source, the second terminal 20b and 28b can take a free electric potential within the range of the voltage of a high voltage power supply from an earth electric potential. For this reason, it is considered that the potential of the drive terminal of each coil does not become a complicated waveform by being disturbed by the influence of the potential of the second terminal.

次に、図7及び図8を参照して、本発明の実施形態の圧電アクチュエータ駆動回路3による圧電アクチュエータ2の制御結果を説明する。
図7は、本実施形態の圧電アクチュエータ駆動回路3により超音波モータである圧電アクチュエータ2のローター6を回転させた場合における回転数と、圧電アクチュエータ駆動回路3の消費電流の関係を示すグラフである。図7のグラフにおいて、図4に示した対称フロート期間波形により圧電アクチュエータ2を駆動した結果を太い実線で示し、図5に示した非対称フロート期間波形による結果を破線で示し、比較例として、図6に示した従来の電圧パルス波形による結果を細い実線で示す。
Next, a control result of the piezoelectric actuator 2 by the piezoelectric actuator drive circuit 3 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the number of rotations and the consumption current of the piezoelectric actuator drive circuit 3 when the rotor 6 of the piezoelectric actuator 2 that is an ultrasonic motor is rotated by the piezoelectric actuator drive circuit 3 of the present embodiment. . In the graph of FIG. 7, the result of driving the piezoelectric actuator 2 by the symmetrical float period waveform shown in FIG. 4 is shown by a thick solid line, the result by the asymmetric float period waveform shown in FIG. The result of the conventional voltage pulse waveform shown in FIG.

図7から明らかなように、本実施形態の圧電アクチュエータ駆動回路3において、対称フロート期間波形及び非対称フロート期間波形により圧電アクチュエータ2を駆動した場合には、回転数が増加するに従ってほぼ単調に消費電流も増加していることがわかる。これに対して、図6に示す従来の電圧パルス波形による駆動では、全般的に、本実施形態の圧電アクチュエータ駆動回路3よりも消費電流が多く、圧電アクチュエータ2の駆動効率が悪いことがわかる。また、従来の電圧パルス波形による駆動では、低回転数において、駆動電流が非常に大きくなる領域があることがわかる。これは、図6に示したように、従来の電圧パルス波形においては、駆動端子に表れる電圧波形のあばれが大きく、特定の周波数帯域において、著しく効率を低下させているものと考えられる。   As can be seen from FIG. 7, in the piezoelectric actuator drive circuit 3 of the present embodiment, when the piezoelectric actuator 2 is driven with a symmetric float period waveform and an asymmetric float period waveform, the current consumption is almost monotonically as the rotational speed increases. It can be seen that the number has increased. On the other hand, it can be seen that the drive with the conventional voltage pulse waveform shown in FIG. 6 consumes more current than the piezoelectric actuator drive circuit 3 of the present embodiment, and the drive efficiency of the piezoelectric actuator 2 is poor. Further, it can be seen that there is a region where the drive current becomes very large at a low rotational speed in the conventional driving with the voltage pulse waveform. As shown in FIG. 6, in the conventional voltage pulse waveform, there is a large variation in the voltage waveform appearing at the drive terminal, and it is considered that the efficiency is remarkably reduced in a specific frequency band.

さらに、太い実線で示す対称フロート期間波形と、破線で示す非対称フロート期間波形による消費電流を比較すると、両者の消費電流は同程度であるが、高回転数領域において、破線で示す非対称フロート期間波形の方が僅かに消費電流が多くなっている。即ち、所定の高回転数領域においては、A相の電圧パルス波形と、B相の電圧パルス波形に含まれるフロート期間が同一である対称フロート期間波形の方が、駆動効率が良いことがわかる。   Furthermore, when the current consumption of the symmetrical float period waveform indicated by the thick solid line and the asymmetrical float period waveform indicated by the broken line are compared, the current consumption of both is similar, but in the high speed region, the asymmetrical float period waveform indicated by the broken line The current consumption is slightly higher. That is, in a predetermined high rotation speed region, it can be seen that the driving efficiency is better for the A-phase voltage pulse waveform and the symmetrical float period waveform in which the float periods included in the B-phase voltage pulse waveform are the same.

図8は、本実施形態の圧電アクチュエータ駆動回路3により圧電アクチュエータ2のローター6を回転させた場合における電圧パルス波形の周波数と回転数の関係を示すグラフである。図8のグラフにおいて、図4に示した対称フロート期間波形により圧電アクチュエータ2を駆動した結果を太い実線で示し、図5に示した非対称フロート期間波形による結果を破線で示し、比較例として、図6に示した従来の電圧パルス波形による結果を細い実線で示す。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the frequency of the voltage pulse waveform and the rotational speed when the rotor 6 of the piezoelectric actuator 2 is rotated by the piezoelectric actuator drive circuit 3 of the present embodiment. In the graph of FIG. 8, the result of driving the piezoelectric actuator 2 by the symmetric float period waveform shown in FIG. 4 is shown by a thick solid line, the result by the asymmetric float period waveform shown in FIG. The result of the conventional voltage pulse waveform shown in FIG.

図8に示すように、圧電アクチュエータ2は、電圧パルス波形の周波数が低下するほど回転数が高くなる傾向をもつ。従って、圧電アクチュエータ2が停止した状態から起動する場合には、電圧パルス波形の周波数を高周波から次第に低下させていく。図8から明らかなように、電圧パルス波形の周波数が最も高い値からローター6が回転し始めるのは、破線で示した、A相の電圧パルス波形と、B相の電圧パルス波形に含まれるフロート期間が異なる非対称フロート期間波形である。破線のグラフは、ローター6が回転し始めた後、低速域での電圧パルス波形の周波数の低下と共にほぼ単調に回転数が上昇しているので、ローター6の回転数の制御も容易に実行することができ、特に停止位置制御を行う際に有利である。   As shown in FIG. 8, the piezoelectric actuator 2 has a tendency that the number of rotations increases as the frequency of the voltage pulse waveform decreases. Therefore, when the piezoelectric actuator 2 is started from a stopped state, the frequency of the voltage pulse waveform is gradually decreased from a high frequency. As is clear from FIG. 8, the rotor 6 starts to rotate from the highest frequency of the voltage pulse waveform because the A-phase voltage pulse waveform and the B-phase voltage pulse waveform indicated by the broken lines are included in the float. It is an asymmetrical float period waveform with different periods. In the broken line graph, after the rotor 6 starts to rotate, the rotational speed increases almost monotonously with a decrease in the frequency of the voltage pulse waveform in the low speed region, so that the rotational speed of the rotor 6 is easily controlled. This is particularly advantageous when performing stop position control.

次に高い周波数からローター6が回転し始めるのは、細い実線で示した従来の電圧パルス波形である。しかしながら、細い実線のグラフは、周波数が低下する途中で回転数がほぼ0まで低下する領域がある。即ち、従来の電圧パルス波形では、或る周波数で圧電アクチュエータ2を駆動しようとするとローター6が停止してしまう場合があり、ローター6の回転数を自由に制御することは困難である。   It is a conventional voltage pulse waveform indicated by a thin solid line that the rotor 6 starts to rotate from the next highest frequency. However, the thin solid line graph has a region where the rotational speed decreases to almost zero while the frequency decreases. In other words, in the conventional voltage pulse waveform, when the piezoelectric actuator 2 is driven at a certain frequency, the rotor 6 may stop, and it is difficult to freely control the rotation speed of the rotor 6.

また、図8に太い実線で示した対称フロート期間波形は、最も低い周波数までローター6が回転し始めず、また回転し始めた時の回転数が他の波形に比べて高いため、低速域での制御性は非対称フロート期間波形よりも劣るが、回転し始めた後は周波数の低下と共に単調に回転数が増加し、良好な制御性を示している。   In addition, the symmetrical float period waveform shown by the thick solid line in FIG. 8 does not start to rotate the rotor 6 to the lowest frequency, and the rotation speed when starting to rotate is higher than other waveforms, so in the low speed range. The controllability is inferior to that of the asymmetrical float period waveform, but after starting to rotate, the rotational speed monotonously increases with a decrease in frequency, indicating good controllability.

図7に示したように、圧電アクチュエータ2の駆動効率については図4に示した対称フロート期間波形を使用した制御が最も優れている。また、図8に示したように、圧電アクチュエータ2の起動性については図5に示した非対称フロート期間波形を使用した制御が最も優れている。従って、対称フロート期間波形を使用した第1制御モードと、非対称フロート期間波形を使用した第2制御モードを切り換えて実行することにより、さらに優れた圧電アクチュエータ駆動回路3を構成することができる。   As shown in FIG. 7, the drive efficiency of the piezoelectric actuator 2 is best controlled using the symmetrical float period waveform shown in FIG. Further, as shown in FIG. 8, the control using the asymmetric float period waveform shown in FIG. Therefore, by switching and executing the first control mode using the symmetric float period waveform and the second control mode using the asymmetric float period waveform, a further excellent piezoelectric actuator drive circuit 3 can be configured.

特に、図5に示した非対称フロート期間波形を使用した第2制御モードにより圧電アクチュエータ2を起動し、電圧パルス波形を所定の周波数まで低下させて回転数を上昇させた後、図4に示した対称フロート期間波形を使用した第1制御モードに切り換えて制御することにより、良好な制御性と、高い駆動効率を実現することができる。   In particular, the piezoelectric actuator 2 is activated in the second control mode using the asymmetric float period waveform shown in FIG. 5, and the voltage pulse waveform is lowered to a predetermined frequency to increase the rotation speed, and then shown in FIG. By controlling by switching to the first control mode using a symmetrical float period waveform, it is possible to realize good controllability and high driving efficiency.

本発明の実施形態の圧電アクチュエータ装置1によれば、電圧印加期間T2と接地期間T3の間にフロート期間T1が設けられている(図4、図5)ので、分極部4a、4bに印加される電圧の変化が滑らかになり、圧電アクチュエータ2を効率良く、又は、円滑に駆動することができる。   According to the piezoelectric actuator device 1 of the embodiment of the present invention, since the float period T1 is provided between the voltage application period T2 and the grounding period T3 (FIGS. 4 and 5), it is applied to the polarization units 4a and 4b. Therefore, the piezoelectric actuator 2 can be driven efficiently or smoothly.

本発明の実施形態の圧電アクチュエータ装置1によれば、圧電アクチュエータ2の分極部4a、分極部4bに夫々位相が異なる電圧パルスが印加されるので、単一の分極部のみに電圧パルスを印加する場合に比べ、圧電アクチュエータ2を効率良く、又は、円滑に駆動することができる。   According to the piezoelectric actuator device 1 of the embodiment of the present invention, voltage pulses having different phases are applied to the polarization part 4a and the polarization part 4b of the piezoelectric actuator 2, respectively, so that a voltage pulse is applied only to a single polarization part. Compared to the case, the piezoelectric actuator 2 can be driven efficiently or smoothly.

本発明の実施形態の圧電アクチュエータ装置1によれば、分極部4a、分極部4bに、フロート期間の長さが互いに異なる電圧パルスを印加することができるので、駆動対象の圧電アクチュエータ2に合わせて適切な駆動を行うことができる。   According to the piezoelectric actuator device 1 of the embodiment of the present invention, voltage pulses having different float periods can be applied to the polarization unit 4a and the polarization unit 4b. Appropriate driving can be performed.

本発明の実施形態の圧電アクチュエータ装置1によれば、対称フロート期間波形を使用した第1制御モードと、非対称フロート期間波形を使用した第2制御モードを切り換えて実行することができるので、第1制御モードが有利な駆動状況と、第2制御モードが有利な駆動状況に応じて制御を切り換えることにより、より効率良く、円滑に圧電アクチュエータを駆動することができる。   According to the piezoelectric actuator device 1 of the embodiment of the present invention, the first control mode using the symmetric float period waveform and the second control mode using the asymmetric float period waveform can be switched and executed. By switching the control according to the driving situation where the control mode is advantageous and the driving situation where the second control mode is advantageous, the piezoelectric actuator can be driven more efficiently and smoothly.

本発明の実施形態の圧電アクチュエータ装置1によれば、起動性の良い第2制御モードにより超音波モータを起動した後、駆動効率の良い第1制御モードに切り換えることにより、起動性及び効率を向上させることができる。   According to the piezoelectric actuator device 1 of the embodiment of the present invention, after starting the ultrasonic motor in the second control mode with good startability, the startability and efficiency are improved by switching to the first control mode with good drive efficiency. Can be made.

本発明の実施形態の圧電アクチュエータ装置1によれば、通常の駆動回路による電圧パルスに含まれているデットタイムよりも非常に長い、電圧パルス1周期のうちの約10%を占めるフロート期間を設けることにより圧電アクチュエータ駆動回路の駆動効率を十分に向上させることができる。   According to the piezoelectric actuator device 1 of the embodiment of the present invention, the float period that occupies about 10% of one period of the voltage pulse, which is much longer than the dead time included in the voltage pulse by the normal drive circuit, is provided. As a result, the drive efficiency of the piezoelectric actuator drive circuit can be sufficiently improved.

本発明の実施形態の圧電アクチュエータ装置1によれば、ハイ側スイッチング素子16、24及びロー側スイッチング素子18、26は、コイル20、28を介して分極部4a、4bに接続されているので、コイル20、28による共振現象を利用して、電圧源14、22の電圧よりも高い電圧を分極部4a、4bに印可することができる。このように、スイッチング素子と分極部の間にコイルが接続されている形式の圧電アクチュエータ駆動回路においては、コイルの介在により駆動回路の出力インピーダンスが高くなる傾向があるが、本実施形態の圧電アクチュエータ駆動回路によれば、電圧パルス波形にフロート期間を設けることにより、コイルによる起電力等の悪影響を抑制して、或いはコイルによる起電力を利用して、効率良く圧電アクチュエータを駆動することができる。   According to the piezoelectric actuator device 1 of the embodiment of the present invention, the high-side switching elements 16 and 24 and the low-side switching elements 18 and 26 are connected to the polarization units 4a and 4b via the coils 20 and 28, respectively. A voltage higher than the voltage of the voltage sources 14 and 22 can be applied to the polarization units 4a and 4b by utilizing the resonance phenomenon caused by the coils 20 and 28. As described above, in the piezoelectric actuator drive circuit of the type in which the coil is connected between the switching element and the polarization unit, the output impedance of the drive circuit tends to increase due to the intervention of the coil, but the piezoelectric actuator of this embodiment According to the drive circuit, by providing a float period in the voltage pulse waveform, it is possible to efficiently drive the piezoelectric actuator while suppressing adverse effects such as electromotive force caused by the coil or using electromotive force caused by the coil.

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、圧電アクチュエータ駆動回路は、ローターを駆動する圧電アクチュエータの駆動に使用されていたが、本発明の圧電アクチュエータ駆動回路は、リニア型のアクチュエータ等、任意の圧電アクチュエータの駆動に適用することができる。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, a various change can be added to embodiment mentioned above. In particular, in the above-described embodiment, the piezoelectric actuator drive circuit is used to drive the piezoelectric actuator that drives the rotor. However, the piezoelectric actuator drive circuit of the present invention can be used for any piezoelectric actuator such as a linear actuator. It can be applied to driving.

また、上述した実施形態においては、圧電アクチュエータ駆動回路は、正転及び反転駆動が可能に構成されていたが、本発明を、一方向の駆動のみ可能な圧電アクチュエータ駆動回路に適用することもできる。   In the above-described embodiment, the piezoelectric actuator drive circuit is configured to be capable of normal rotation and reverse drive. However, the present invention can also be applied to a piezoelectric actuator drive circuit capable of driving in only one direction. .

さらに、上述した実施形態においては、圧電アクチュエータ駆動回路は、2つの分極部に位相の異なる電圧パルス波形を印加していたが、本発明を、単一の分極部のみに電圧パルス波形を印加する圧電アクチュエータ駆動回路に適用しても良い。   Further, in the above-described embodiment, the piezoelectric actuator drive circuit applies the voltage pulse waveform having different phases to the two polarization parts. However, the present invention applies the voltage pulse waveform only to the single polarization part. You may apply to a piezoelectric actuator drive circuit.

また、上述した実施形態においては、スイッチング素子と分極部の間にコイルが接続されていたが、本発明を、コイルを設けない形式の圧電アクチュエータ駆動回路に適用することもできる。   In the above-described embodiment, the coil is connected between the switching element and the polarization unit. However, the present invention can also be applied to a piezoelectric actuator drive circuit of a type in which no coil is provided.

さらに、上述した実施形態においては、正の高圧電源を使用して駆動素子を駆動していたが、高圧電源として、負の高圧電源を使用することもできる。また、上述した実施形態においては、Nチャンネル型のMOSFETをスイッチング素子として使用していたが、高圧電源の極性等を考慮して、Pチャンネル型のMOSFETをスイッチング素子として使用することもできる。   Furthermore, in the above-described embodiment, the drive element is driven using a positive high-voltage power supply, but a negative high-voltage power supply can also be used as the high-voltage power supply. In the above-described embodiment, the N-channel MOSFET is used as the switching element. However, in consideration of the polarity of the high-voltage power supply, a P-channel MOSFET can be used as the switching element.

また、上述した実施形態においては、単一の圧電特性部材内に複数の分極部を形成した圧電アクチュエータを制御しているが、分極部を多層に分割し、接地電極、駆動電極を交互に積層したタイプの圧電アクチュエータ等、種々のアクチュエータに本発明を適用することができる。   In the above-described embodiment, a piezoelectric actuator having a plurality of polarization portions formed in a single piezoelectric characteristic member is controlled. However, the polarization portions are divided into multiple layers, and ground electrodes and drive electrodes are alternately stacked. The present invention can be applied to various actuators such as the above-described type of piezoelectric actuator.

さらに、上述した実施形態においては、対称フロート期間波形、及び非対称フロート期間波形は、常に一定のフロート期間を有していたが、変形例として、圧電アクチュエータの駆動中にフロート期間を変化させることもできる。例えば、対称フロート期間波形において、A相及びB相のフロート期間を同一に維持しながら、駆動中にフロート期間を延長、又は短縮するように制御することもできる。
また、駆動中にフロート期間を変化させる第3制御モードと、上述した、対称フロート期間波形を使用した第1制御モード、及び非対称フロート期間波形を使用した第2制御モードを、適宜切り換えて実行することもできる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the symmetric float period waveform and the asymmetric float period waveform always have a constant float period. However, as a modification, the float period may be changed during driving of the piezoelectric actuator. it can. For example, in the symmetric float period waveform, it is possible to control the float period to be extended or shortened during driving while maintaining the same A phase and B phase float periods.
Further, the third control mode in which the float period is changed during driving, the first control mode using the symmetric float period waveform, and the second control mode using the asymmetric float period waveform are switched as appropriate and executed. You can also.

1 圧電アクチュエータ装置
2 圧電アクチュエータ
3 圧電アクチュエータ駆動回路
4a、4b 分極部
5 摩擦部材
6 ローター
8 A相電圧パルス生成回路8
10 B相電圧パルス生成回路10
12 スイッチング素子制御回路
14 高圧電源(電圧源)
16 ハイ側スイッチング素子
18 ロー側スイッチング素子
20 コイル
20a 駆動端子
20b 第2の端子(第1の端子)
22 高圧電源(電圧源)
24 ハイ側スイッチング素子
26 ロー側スイッチング素子
28 コイル
28a 駆動端子(第1の端子)
28b 第2の端子
30 スイッチング素子制御回路
32 マイクロコンピュータ
34 D/A変換器
36 電圧制御発振器
38 移相器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric actuator apparatus 2 Piezoelectric actuator 3 Piezoelectric actuator drive circuit 4a, 4b Polarization part 5 Friction member 6 Rotor 8 A phase voltage pulse generation circuit 8
10 B-phase voltage pulse generation circuit 10
12 Switching element control circuit 14 High voltage power supply (voltage source)
16 High-side switching element 18 Low-side switching element 20 Coil 20a Drive terminal 20b Second terminal (first terminal)
22 High voltage power supply (voltage source)
24 High-side switching element 26 Low-side switching element 28 Coil 28a Drive terminal (first terminal)
28b Second terminal 30 Switching element control circuit 32 Microcomputer 34 D / A converter 36 Voltage controlled oscillator 38 Phase shifter

Claims (6)

複数の分極部を備え、上記複数の分極部駆動電圧が印加される圧電アクチュエータを駆動する圧電アクチュエータ駆動回路であって、
電圧源と、
上記分極部と上記電圧源との間に接続され、制御信号により導通状態と非導通状態に切り換えられるハイ側スイッチング素子と、
上記分極部とアース電位との間に接続され、制御信号により導通状態と非導通状態に切り換えられるロー側スイッチング素子と、
これらのハイ側スイッチング素子及びロー側スイッチング素子を制御して、上記ハイ側スイッチング素子のみを導通状態として上記分極部に上記電圧源が接続される電圧印加期間、上記ハイ側スイッチング素子及び上記ロー側スイッチング素子を何れも非導通状態として、上記分極部が上記電圧源及び上記アース電位から切り離されるフロート期間、及び上記ロー側スイッチング素子のみを導通状態として上記分極部をアース電位に接続する接地期間を周期的に切り換えることにより、電圧パルスを上記分極部に印加し、上記圧電アクチュエータを駆動するスイッチング素子制御回路と、を有し、
上記スイッチング素子制御回路は、上記複数の分極部に、夫々位相の異なる電圧パルスを印加すると共に、含まれるフロート期間の長さが異なる電圧パルスを上記各分極部に印加することを特徴とする圧電アクチュエータ駆動回路。
A piezoelectric actuator drive circuit that includes a plurality of polarization units and that drives a piezoelectric actuator to which a drive voltage is applied to the plurality of polarization units,
A voltage source;
A high-side switching element connected between the polarization unit and the voltage source and switched between a conductive state and a non-conductive state by a control signal;
A low-side switching element that is connected between the polarization part and the ground potential and is switched between a conductive state and a non-conductive state by a control signal;
The high-side switching element and the low-side switching element are controlled so that only the high-side switching element is in a conductive state and the voltage source is connected to the polarization unit, the high-side switching element and the low-side switching element A floating period in which all the switching elements are in a non-conductive state, and the polarization unit is disconnected from the voltage source and the ground potential, and a ground period in which only the low-side switching element is in a conductive state and the polarization unit is connected to the ground potential. by periodically switching by applying a voltage pulse to the polarized portion, have a, a switching element control circuit for driving the piezoelectric actuator,
The switching element control circuit applies voltage pulses having different phases to the plurality of polarization units, and applies voltage pulses having different float period lengths to the polarization units. Actuator drive circuit.
上記スイッチング素子制御回路は、上記各分極部に印加する電圧パルスが同じ長さのフロート期間を含む第1制御モードと、上記各分極部に印加する電圧パルスが夫々異なる長さのフロート期間を含む第2制御モードを切り換え、又は、上記各分極部に印加する電圧パルスが、圧電アクチュエータの駆動中に長さが変化されるフロート期間を含む第3制御モードと、上記第2制御モードを切り換えて実行する請求項記載の圧電アクチュエータ駆動回路。 The switching element control circuit includes a first control mode in which a voltage pulse applied to each polarization unit includes a float period having the same length, and a voltage pulse applied to each polarization unit includes a float period having a different length. The second control mode is switched, or the voltage pulse applied to each polarization unit is switched between the third control mode including a float period in which the length is changed during driving of the piezoelectric actuator, and the second control mode. the piezoelectric actuator drive circuit according to claim 1, wherein the run. 上記圧電アクチュエータは超音波モータであり、上記スイッチング素子制御回路は、上記超音波モータの起動時には上記第2制御モードを実行し、その後、上記超音波モータが所定の回転数に達すると上記第1制御モードに切り換える請求項記載の圧電アクチュエータ駆動回路。 The piezoelectric actuator is an ultrasonic motor, and the switching element control circuit executes the second control mode when the ultrasonic motor is activated, and then the first motor when the ultrasonic motor reaches a predetermined number of rotations. The piezoelectric actuator drive circuit according to claim 2 , wherein the piezoelectric actuator drive circuit is switched to a control mode. 上記フロート期間は、印加する電圧パルス1周期のうちの5%以上を占めている請求項1乃至の何れか1項に記載の圧電アクチュエータ駆動回路。 The float period, the piezoelectric actuator drive circuit according to any one of claims 1 to 3 accounted for 5% or more of the voltage pulse one cycle to be applied. さらに、上記分極部に高電圧を発生させるためのコイルを有し、上記ハイ側スイッチング素子及び上記ロー側スイッチング素子は、上記コイルを介して上記分極部に接続されている請求項1乃至の何れか1項に記載の圧電アクチュエータ駆動回路。 Further comprising a coil for generating a high voltage to the polarized portion, the high-side switching element and the low-side switching elements, of claims 1 to 4 via the coil are connected to the polarized portion The piezoelectric actuator drive circuit according to any one of the preceding claims. ローターと、
このローターを駆動する複数の分極部を備えたステーターと、
上記複数の分極部のうちの少なくとも1つに駆動電圧を印可する請求項1乃至の何れか1項に記載の圧電アクチュエータ駆動回路と、
を有することを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
With the rotor,
A stator having a plurality of polarization portions for driving the rotor;
The piezoelectric actuator drive circuit according to any one of claims 1 to 5 , wherein a drive voltage is applied to at least one of the plurality of polarization units.
A piezoelectric actuator device comprising:
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